DE2322118A1

DE2322118A1 - Vorrichtung zum normalisieren der wandungen eines kernreaktorbehaelters

Info

Publication number: DE2322118A1
Application number: DE2322118A
Authority: DE
Inventors: Walter E Desmarchais; Leonard R Katz; Edgar I Landerman
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1972-05-10
Filing date: 1973-05-02
Publication date: 1973-11-22
Also published as: US3809608A; FR2189821B1; JPS5220003B2; JPS4948507A; CH565431A5; IT988644B; FR2189821A1; GB1377047A; SE393213B

Description

PATH ITTAVTALT

pt. O.G. K. HÖLZER AUGSBURG

nun», M»T■

232211

W. 622

Augsburg, den 27· April 1973

Westinghouse Electric Corporation, Westinghouse Building, Gateway Center, Pittsburgh, Allegheny County, Pennsylvania 15222, V.St.A.

Vorrichtung zum Normalisieren der Wandungen eines Kern-

reaktorb ehalte rs

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Normalisieren der Wandungen eines Kernreaktorbehälters nach bestimmten Zeiten der Strahleneinwirkung.

Bei Druckwasser- und Siedewasserreaktoren ist der 309847/0412

innere Reaktorteil in einem mit Wasser gefüllten Metallbehälter angeordnet. Die im Reaktorkern stattfindende Kernspaltung wird durch einen starken Neutronenfluß und eine große Energieabgabe begleitet. Die bei der Kernspaltung freiwerdende Energie wird auf das Kühlwasser übertragen. Der die Behälterwandung treffende Neutronenfluß bewirkt jedoch, daß die Behälterwandung spröde wird, was zu einem Bruch dieser Behälterwandung führen kann. Wegen dieser Verminderung der Bruchfestigkeit der Reaktorbehälter auf sehr geringe Werte sind bereits Vorschläge für eine Normalisierung der Reaktorbehälter gemacht worden. Durch periodisches Normalisieren des Reaktorbehälters kann seine Festigkeit teilweise wieder hergestellt und die Lebensdauer des Reaktorbehälters verlängert werden.

Zur Normalisierung muß die Reaktorbehälterwandung während einer langen Zeitdauer auf hoher Temperatur gehalten werden.

Gemäß einem Vorschlag zur Normalisierung von Reaktorbehältern von Druckwasserreaktoren unter Berücksichtigung der obigen Forderungen soll das Primärkühlwasser auf die erforderliche Normalisierungstemperatur erwärme und durch den Reaktorbehälter zirkuliert werden. Dies ist jedoch

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praktisch nicht durchführbar, da dann alle Teile des Primärkreislaufs dem vollen Betriebsdruck bei Temperaturen ausgesetzt werden müssen, welch letztere die Konstruktionstemperatur dieser Teile übersteigt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs dargelegten Art so auszubilden, daß ein Normalisieren des Reaktorbehälters ohne Beschädigung der Reaktorinnenteile möglich ist, welche während des Normalisierens eingebaut bleiben.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist eine solche Vorrichtung gemäß der Erfindung durch eine im oberen Reaktorbehälterteil gehalterte Tragplatte, welche sich entlang der Behälterwandung nach unten erstreckende Heizelemente trägt, ferner durch eine am Rand der Tragplatte angeordnete Dichtung, die den Reaktorbehälter bei in denselben eingesetzter Vorrichtung gegen den oberhalb des Reaktorbehälters gelegenen Raum abdichtet, und durch eine Pumpe gekennzeichnet, die nach dem Einsetzen der Vorrichtung in den Reaktorbehälter das im Reaktorbehälter befindliche Wasser abpumpt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist ferner eine reflektierende Wärmeisolierung, die an der Unterseite der Tragplatte befestigt ist, weiter

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eine Druckausgleichseinrichtung, beispielsweise ein an der Tragplatte befestigtes Rohrstück, das während des Betriebs der Normalisierungsvorrichtung im Reaktorbehälter im wesent- ^x liehen den Außenluftdruck herstellt, und Führungsmittel auf, welche die Tragplatte beim Einsetzen und Herausnehmen der Normalisierungsvorrichtung in den bzw. aus dem Reaktorbehälter führen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise beschrieben· Es stellen dar: . *

Pig· I eine teilweise geschnittene

Ansicht eines Reaktorbehälters eines Druckwasserreaktors,

Fig_# 2 einen vergrößerten Längsschnitt

durch den in Fig, I dargestellten Reaktorbehälter, der eine in den Reaktorbehälter eingesetzte Normalisierungsvorrichtung nach der Erfindung zeigt j

Fig. 3 einen längs der Schnittlinie IH-III

in Fig* 2 verlaufenden Querschnitt,

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Pig. 4 einen Ausschnitt aus dem oberen

Teil der erfindungsgemäßen Normalisierungsvorrichtung, der eine aufblasbare Dichtung zeigt, die zwischen dem Rand der Tragplatte der Normalisierungsvorrichtung und der Reaktorbehälterwandung angeordnet ist,

Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht eines

Temperaturfühlers der erfindungsgemäßen Normalisierungsvorrichtung, und

die Fig. 6 A und 6B ein Sehaltschema zur Steuerung der

Stromzufuhr zu den Heizelementen der erfindungsgemäßen Normalisierungs· vorrichtung.

Fig. 1 zeigt einen langgestreckten, im allgemeinen zylindrischen Reaktorbehälter 10 einer an sich bekannten Bauart für einen Druckwasserreaktor. Der Reaktorbehälter 10 weist den üblichen halbkugelförmigen Bodenteil und eine Vielzahl von Primärkühlwasser-Einlaß- und Auslaßstutzen 12

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auf. Der Reaktorbehälter 10 ist von einer ringförmigen Beton-Primärabschirmung 14 umgeben, der die üblichen, mit den Primärkühlwasser-Anschlußstutzen 12 zusammenwirkenden Kanäle 16 und oberhalb des Reaktorbehälters 10 einen verbreiterten Brennstofferneuerungskanal 18 aufweist, dessen Boden im wesentlichen bündig mit dem oberen Plansch 20 des Reaktorbehälters ist. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Reaktorbehälter 10 sind der Verschlußkopf und das Reaktorinnere, nämlich der Reaktorkern und das Primärwasser, entfernt» Die Wasserfüllung 22 im Reaktorbehälter weist ihren maximalen Pegel auf. Folglich ist der Reaktorbehälter 10 bei Brennstofferneuerungsbedingungen dargestellt und zur Normalisierung vorbereitet,

Fig. 2 zeigt eine in den Reaktorbehälter 10 eingesetzte Normalisierungsvorrichtung 30 nach der Erfindung, die zur Normalisierung desjenigen Teils der Behälterwandung vorbereitet ist, der beim Betrieb des Reaktors unmittelbar dem Reaktorkern gegenüberliegt. Die Normalisierungsvorrichtung 30 ist aus dem Reaktorbehälter 10 herausnehmbar und weist eine Tragplatte 32 auf, deren Größe so gewählt ist, daß sie lose im oberen Bereich des Reaktorbehälters sitzt, vorzugsweise auf einem unterhalb des Flansches 20 gebildeten inneren Bund 33. Am Rand der Tragplatte 32 ist

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ein aufblasbarer Dichtungsring 34 befestigt, welche das Innere des Reaktorbehälters 10 gegen den Raum 18 wasserdicht abdichtet. An der Tragplatte 32 ist ferner ein flexibles Rohr 36 befestigt, welches mit einer nicht gezeichneten Druckluftquelle und einer ebenfalls nicht gezeichneten Vakuumpumpe verbunden ist und in einen Kanal 38 in der Tragplatte 32 führt, der seinerseits mit dem Inneren des Dichtungsrings 34 in Verbindung steht» Wenn die Tragplatte sich im Reaktorbehälter 10 an ihrer vorgesehenen Stelle befindet, kann der Dichtungsring 34 also durch Einleiten von Luft durch das Rohr 36 aufgeblasen werden, und wenn die Normalisierungsvorrichtung 30 aus dem Reaktorbehälter 10 herausgenommen werden soll, kann der Dichtungsring 34 zum Einfallen gebracht werden, indem mittels der Vakuumpumpe die Luft durch das Rohr 36 abgesaugt wird«

Ebenfalls auf der Tragplatte 32 ist eine pneumatisch betätigte, doppeltwirkende Pumpe 40 angeordnet, welche dem Abpumpen des Wassers 22 aus dem Reaktorbehälter 10 in den Brennstofferneuerungskanal 18 dient« Der Saugstutzen der Pumpe 40 ist mit einem Rohr 42 verbunden, welches bis beinahe auf den Boden des Reaktorbehälters 10 hinabreicht. Der Druckstutzen der Pumpe 40 ist zum Kanal 18 hin geöffnet, Be- und Entlüftungsleitungen 44 und 46 sind an die Pumpe

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angeschlossen und verlaufen nach oberhalb des Kanals 18» Die Belüftungsleitung 44 ist mit einer nicht gezeichneten Druckluftquelle verbunden»

An der Unterseite der Tragplatte 32 ist eine zylindrische Hülse 50 befestigt und erstreckt sich bis unterhalb der Wasseranschlußstutzen 12, Am unteren Rand der Hülse 50 ist ein elektrisch leitender Ring 52 mit Schrauben und Muttern lösbar befestigt, wobei zwischen dem Ring 52 und der Hülse ein Isolationsring 54 angeordnet ist. Der Ring 52 ist also elektrisch isoliert an der Hülse 50 befestigt.

Eine Vielzahl von Widerstandsheizstäben 60, die mit gegenseitigen Abständen kreisringförmig angeordnet sind, ist unmitteloar an der Unterseite des Rings 52 befestigt. Die Heizstäbe 60 sind 30 bemessen und so innerhalb des Reaktorbehälters angeordnet, daß sie Wärme an denjenigen Teil der Behälterwandung abgeben, der bei eingebautem Reaktorkern diesem unmittelbar gegenüberliegt und daher am stärksten dem Neutronenbeschuß vom Reaktorkern und der sich daraus ergebenden Verminderung der Bruchfestigkeit ausgesetzt ist. Die unteren Enden der Heizstäbe 60 sind an einem weiteren elektrisch leitenden Ring 62 befestigt. Elektrische Leiter 53₄ die mit einer nicht gezeichneten Stromquelle verbunden sind, verlaufen durch ein an der

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Tragplatte 32 gehaltertes Leitungsrohr 64 und sind zwecks Zuführung der elektrischen Energie zu den Heizstäben 60 an die beiden Ringe 52 und 62 angeschlossen. Zwischen dem Rohr 64 und der Tragplatte 32 ist eine geeignete Dichtung vorgesehen«

Am oberen Ring 52 sind, durch einen Isolationsring elektrisch isoliert, vier langgestreckte Haltearme 70 mit Winkelabständen von etwa 90° lösbar befestigt. Die Haltearme 70 erstrecken sich abwärts bis etwa zur Mitte der Heizstäbe 60. An den unteren Enden der Haltearme 70 sind Temperaturfühler 74 angebracht. Wie in Fig. 5 deutlich zu sehen ist, weisen die Temperaturfühler 74 jeweils einen Druckluftzylinder 75 mit einem normalerweise einwärts gedrängten Kolben 79 und ein Meßelement, beispielsweise ein Thermoelement 76 auf, das am freien Ende des Kolbens 79 befestigt ist. Eine mit einer nicht dargestellten Druckluftquelle verbundene Rohrleitung 77 ist am Zylinder 75 befestigt und verläuft durch das Leitungsrohr 64, An den Thermoelementen 76 angeschlossene elektrische Leiter 78, die spiralförmig um die Luftleitung 77 herumgewickelt durch das Rohr 64 verlaufen, sind mit einem Anzeigeinstrument oder einer Steuerschaltung zur Steuerung der Stromzufuhr zu den Heizstäben 60 verbunden. Die Thermoelemente 76

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werden beim Einsetzen oder Herausnehmen der Normalisierungsvorrichtung 30 in den bzw. aus dem Reaktorbehälter 10 von der Behälterwandung zurückgezogen. Bei eingesetzter Normalisier ungsvorrichtung kann Luft in die Zylinder 75 eingeleitet werden, so daß die Kolben 79 so verschoben werden, daß die Thermoelemente an der Behälterwandung anliegen und die Temperatur der Behälterwandung während des Normalisierungsvorgangs messen.

An der Unterseite der Tragplatte 32 ist eine poröse, reflektierende Wärmeisolation 80 befestigt. Diese Wärmeisolation 80 besteht vorzugsweise aus rostfreiem Stahl, der durch die Normalisierungstemperatur nicht ungünstig beeinflußt wird, die bei einem aus SA533- oder SA5O8-Stahl hergestellten Reaktorbehälter etwa bei 400°C liegt.

Am radial äußeren Bereich der Oberseite der Tragplatte 32 sind ösen 82 befestigt, so daß Tragseile 84 angebracht werden können, damit die Normalisierungsvorrichtung 30 abgesenkt oder angehoben werden kann. Außerdem sind an der Oberseite der Tragplatte 32 Führungshebel 86 befestigt, die auf nach oben ragenden Führungsstangen 88 gleiten, welch letztere im Flansch 20 des Reaktorbehälters befestigt sind. Die Führungsstangen 88 und die Führungshebel 86 führen also die Normalisierungsvorrichtung beim

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Einsetzen und Herausnehmen in den bzw, aus dem Reaktorbehälter 10.

Auf der Tragplatte 32 ist weiterhin ein Rohr 89 befestigt, welches durch die Tragplatte hindurchreicht, und mit dem Inneren des Reaktorbehälters 10 durch die poröse Wärmeisolation 80 in Verbindung steht. Das Rohr 89 erstreckt sich bis oberhalb des Brennstofferneuerungskanals 18 und stellt so während des Betriebs der Normalisierungsvorrichtung 30 im Reaktorbehälter 10 im wesentlichen den Außenluftdruck her. Zwischen dem Rohr 89 und der Tragplatte 32 ist eine geeignete Dichtung 91 angeordnet.

Nachdem der Verschlußkopf, die Reaktorinnenteile und der Reaktorkern aus dem Reaktorbehälter 10 herausgenommen worden sind, wird die Normalisierungsvorrichtung 30 in den Reaktorbehälter abgesenkt, wobei sie mittels der Führungsstangen 88 und der Führungshebel 86 geführt werden. Ist die Normalisierungsvorrichtung 30 eingesetzt, so wird der Dichtungsring 3¹* aufgeblasen, so daß das Innere des Reaktorbehälters 10 wasserdicht abgedichtet ist, und danach wird das Wasser 22 aus dem Reaktorbehälter in den Kanal 18 abgepumpt. Die Heizstäbe 60 werden zy3<lisch ein- und ausgeschaltet, damit die gewünschte Normalisierungstemperatur an der Behälterwandung während der erforderlichen Zeit

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erreicht wird. Die Steuerung der Heizstäbe 60 kann automatisch oder manuell erfolgen, jeweils in Abhängigkeit von der durch die Thermoelemente 76 gemessenen Temperatur der Behälterwandung·

Die Fig. 6k und 6B zeigen schematisch eine einfache Schaltung.zur Steuerung der Stromzufuhr zu einer Gruppe von drei Heizelementen 60» Die Thermoelemente 16 sind zweckmäßigerweise mit einem Thermostaten 100 verbunden, der mit Schaltern 102 einer Steuerschaltung 104 gekuppelt ist, die ihrerseits an eine Stromquelle 106 angeschlossen ist. Die Steuerschaltung 104 weist einen während des Betriebs der Normalisierungsvorrichtung 30 geschlossenen Hauptschalter und ein Relais 110 mit Relaiskontakten 112 auf, welch letztere gemäß Fig. 6A in eine Dreiphasenleitung geschaltet sind. Sinkt die Temperatur der Behälterwandung unter die gewünschte Normalisierungstemperatur ab, so erhält der Thermostat 100 ein entsprechendes Signal von den Thermo-

elementen und die—Schalter 102 werden geschlossen, so daß das Relais 110 erregt wird und die Kontakte 112 schließt. Dadurch fließt Strom in die drei Heizelemente 60. Hat die Temperatur der Behälterwandung die gewünschte Normalisierungstemperatur erreicht _s so werden die Schalter 102 geöffnet und dadurch die Stromzufuhr zu den Heizstäben 60

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unterbrochen. Nach Beendigung des Normalisierungsvorgangs läßt man den Reaktorbehälter 10 auf Umgebungstemperatur abkühlen, wonach das Wasser 22 wieder in den Behälter 10 gefüllt wird. Die Normalisierungsvorrichtung J>0 wird dann aus dem Reaktorbehälter herausgenommen und die Reaktorinnenteile, der Reaktorkern und der Verschlußkopf werden wieder in den Reaktorbehälter 10 eingebaut.

Es ist zu erwarten, daß die Wärmebelastung der Primärabschirmung 14 während des Normalisierungsvorgangs größer als während des normalen Reaktorbetriebs ist. Diese vergrößerte Wärmebelastung kann jedoch dadurch ausgeglichen werden, daß zur Unterstützung des Primärabschirmung-Belüftungssystems während dee Normalisierungsvorgangs Hilfsgebläse Anwendung finden.

Es ist einzusehen, daß die erfindungsgemäße Normalisierungsvorrichtung 30 die eingangs gestellten Forderungen erfüllt. Wie der Fachmann leicht erkennt, werden die Normalisierungs temperatur und die Normalisierungszeit durch Faktoren wie ueispielsweise den Behälterwerkstoff und den Zustand dieses Werkstoffs vor der Normalisierung bestimmt. Wenn der Reaktorbehälter beispielsweise aus SA533- oder SA5O8-Stahl hergestellt ist, wird eine maximale Normalisierungstemperatur

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von etwa 400 ⁰C während einer Zeitdauer von 168 Stunden verwendet werden»

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Claims

Patentansprüche

V Iy Vorrichtung zum Normalisieren der Wandungen eines Kernreaktorbehälters nach bestimmten Zeiten der Strahleneinwirkung, gekennzeichnet durch eine im oberen Reaktorbehälterteil gehalterte Tragplatte (32), welche sich entlang der Behälterwandung nach unten erstreckende Heizelemente (60) trägt, ferner durch eine am Rand der Tragplatte angeordnete Dichtung (34), die den Reaktorbehälter (10) bei in denselben eingesetzter Vorrichtung (30) gegen den oberhalb des Reaktorbehälters gelegenen Raum (18) abdichtet, und durch eine Pumpe (40), die nach dem Einsetzen der Vorrichtung in den Reaktorbehälter das im Reaktorbehälter befindliche Wasser (22) abpumpt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Tragplatte (32) an ihrer Unterseite wärmeisoliert (80) ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Dichtung (3¹O ein aufblasbarer Dichtungsring ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bi3 3, gekennzeichnet durch Temperaturfühler (74), die aus- und einschiebbar

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an der Tragplatte (32) gehaltert sind, so daß die Temperatur an verschiedenen Bereichen der Behälterwandung meßbar ist, wenn die Vorrichtung (30) in den Reaktorbehälter (10) eingesetzt ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Führungsmittel (86, 88), die zum Zwecke der Führung der Tragplatte (32) beim Einsetzen in den bzw. Herausnehmen aus dem Reaktorbehälter (10) auf dem Reaktorbehälter angeordnet sind.

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